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青木渉
わ が国における航空宇宙産業では機体構造材や部品軽量化にアルミ材が多く使用されており、近年ではライフサイクルの短い情報機器などで金型製作時間の短縮が 図れるために金型材としての需要も高まっている。とりわけ非鉄金属の代表であるアルミニュウム合金などは低硬度にも係わらず高い延性特性を保有する為、最 適な切削条件の設定が難しい材料である。低硬度材を切削する切削工具は切れ刃を鋭利に設計し、加工では大量の切削油剤を用いて排出される大量の切り屑を排 出する処理が行われる。近年では、１０万回転を超える高速回転主軸を持つ高速加工機の出現により高速切削加工が可能となり、同時に工作機械本体の剛性も改 善され、高速送りによる大容量の切り屑除去加工が実現し、高能率な切削加工が実現している。しかし高速切削加工下ではアルミニュウム合金のような低硬度材 でも工具刃先の発熱問題、被削材と切れ刃間の衝撃力の増加、さらに切り屑の排出不具合など多くの要因が重なり、工具損傷や寿命の短命化など多くの問題が発 生している。この様な問題を解決するため、本稿では当社の開発したアルミ加工用エンドミルシリーズ、「プリズム」(Prism3000)を例に上げアルミ ニュウム合金などの非鉄金属專用となる材料特性を考慮した切削工具の設計方法を解説しあわせて商品の効果を紹介する。
1.アルミ切削加工用エンドミル[Ｐｒｉｓｍ3000]の仕様
工具材料 超硬合金（WC粒径0.6μｍ ,10Co (Wt%),硬度HRA93,抗折力4300N/mm2）
従 来、アルミ切削加工用エンドミルとしてはK10(6Co(Wt%)抗折力3400 N/mm2)などの硬度を重視した工具材料が使用されていた。しかし現在の高速度かつ切り屑大容量をともなう加工では工具に受ける衝撃力を耐えるには、抗 折力は4000N/ mm2以上が求められている。本商品で使用する素材はWCの超微粒化により坑折力を大幅に改善し、材料硬度もHRA93と高い数値を示す高品位な工具であ る。
切れ刃角 Prism3000の外周切れ刃のすくい角αは軸直角で0°に構成される。
これまで、硬度の低い材料の切削加工に使用する 切削工具は鋭利な刃先が必要であると考えられ、図１に示す刃物角（γ）をできる限り小さくする形状に設計されていた。刃物角（γ）はスクイ角（α）と逃げ 角（β）により設定される。従来からアルミ加工用エンドミルのスクイ角（α）は5°～20°が常識とされている。また逃げ角（β）は10°程度、刃物角 （γ）は60°～75°である。さらに、外周ねじれ角（θ）は45°と強くすることでより切れ味を追求した結果、現在のような高速加工機を使用した高速大 容量除去加工の衝撃力には十分対応できない刃先形状となっている為、特に最近の工具ではアルミニュウム用エンドミル工具のネジレ角は30°に設定し直され てきている。
図1
有効刃物角
図３の模式図で示すようにネジレ角（θ）により切削時の刃物角γは有効刃物角（γ′）に変化すること が判る。当社のPrism3000はスクイ角を0°、二番角を10°に設定してあり、ネジレ角を45°にする事で切削時の有効刃物角は76度、有効スクイ 角は４度となり、アルミニュウム合金加工での高速度、大容量切り屑排出加工にも十分対応可能な高剛性とより有効な切削機能性を発揮できる。一方工具剛性の 強さから
1刃当たりの切り込み量を従来のエンドミルの２倍以上にできるため、剛性と精度が保障されれば既設の古い低速回転主軸型工作機械でも高い切込み量により大容量除去加工ができ多大な設備投資をしなくても、高能率な加工を可能とする。
殊底刃形状 Parabola face
Parabola face（特許取得済）を持つ。
が残り、
力発生させない、独創的底刃形状 Parabola face を採用し
特
Ｐｒｉｓｍ3000の先端部の底刃はゆるやかなＲ曲面
エンドミルの底刃で切削する加工面は工具送りに伴う工具軌跡（カッターマーク、キズ）
理論的に回避不可能であった。 Ｐｒｉｓｍ3000は、この送りキズを極
て いる。従来のエンドミルの底刃は図４のように工具のコーナーエッジ部から工具中心に向かって直線の勾配角をもつため、図５のように1刃送り量（ｆｚ）を大 きくすると理論あらさ（Ｘ）は大きくなり送り速度が上げられない問題があった。Prism3000は、底刃稜線が曲線になっているため 速い送り速度でも底刃切削面が粗くならず底刃エッジ部がその曲線の頂点になっているのでコーナー部のピン角の加工も可能である。
Prism3000 のネジレ角θは 45°
図2
図 3
図 4
枚刃で Parabola face 形状を持つ工具を使い高硬度な金型材を被削材として切削した場合
ンドミル工具 Prism3000 は刃数を 3 枚刃とする事で１刃に作用する切削抵抗を
分散する方法を取った。
図5
2
切 削抵抗は大きく、撓みなど挙動が影響し仕上げ面が良好とはならない問題があった。しかし低硬度で切削抵抗力が小さい材料での加工では仕上げ面は理論的あら さに近似する効果を示す事が判った。そこでこの工具を使い透明アクリル板を切削した処、切削面が白濁せず素材の状態である透明となった。この効果として考 えられるのは図6のように１刃の送り量（ｆｚ）が同じである場合理論あらさ（X）は小さくなる事が考えられる。しかし金型材のような高硬度材ではその効果 は小さく、得られる切削面の性状は従来のものと大差がない。 さらにエ
その結果Parabolaの効果は歴然となり、現在のアルミニュウム合金の切削で用いられる高速送りによる大容量の切り屑を除去する加工ではより良好な切削面が得られる。
図 6
2．ＤＬＣコーティング
薄膜 HA-DLC コーティングを採用
よるトラブルが多
い
ヤモンドライクカーボン）とは、ダイヤモンドに近い特性をもつ非結晶
（
強い
な
して採用している HA-DLCはカソードアークイオンプレーテ
DLCの間に両材料と相性の良い中間層
Prism3000は摩擦係数の少ない
融点の低いアルミなどの切り屑は溶着しやすく、切り屑詰まりに
ため従来から大量の切削液を使用し冷却と凝着を防いでいたが、近年ＤＬＣコーティングが開発され、環境向上などの観点から切削液を使用しないドライ切削加工を実現している。 DLC（ダイ
アモルファス）のことで、ダイヤモンドに近い特性で切削工具に必要な性質として
１. 硬い／摩耗に強い
2. 薬品に強い／腐蝕に
3. 表面が滑らか／低摩擦 どの特性を持つ。
当社がアルミ加工用と
ィングをベースにした水素を含まない膜で、ダイヤモンド結合比が高く、そのため、ダイヤモンドに次ぐ硬さを有しています。 従来のDLC は密着力を確保するために、基材と
が 必要のため膜厚が厚く、切れ味を必要とするアルミニュウム合金などの非鉄金属加工では切れ刃の鋭利さの損失を招き、DLC本来の効果が発揮されない状況で あった。HA-DLCは、独自のコーティング プロセスにより、基材表面に直接DLCをコーティングできことで薄膜化に成功した結果、刃先の鋭利さ図7を維持できるため切削特性を大幅に改善でき本来の DLCの特性である摩擦抵抗低減効果図8で溶着を防ぎ、 従来DLC以上の高密着性も実現している。
HA-DLC コーティング後の Prism3000
図 7
図 8
シャープエッジが確認できる
.アルミ材の 3 次元曲面加工用 Prism
プリズムラジアス（Prismradius3000）
3
プリズムボール3000(Prismball3000)、
アルミ金型や部品加工などの３次元加工や航空機部品などの形状加工に
Prismradius （高能率加工） Prismball（高速仕上げ）を開発した。刃先R刃形状に連続するスクイ角と、強いR刃レーキ角を持ち、剛性と鋭い切れ刃で長寿命を実現、３枚のＲ刃 が構成する特殊なチップポケットが回転運動により 切り屑の強制排出作用を生む構造（特許申請中）で大容量の切り屑を短時間に処理できる。またHA-DLCコーティングの採用でドライ加工でも耐凝着性と切 れ刃の鋭利さを維持でき、加工時間を大幅に短縮できる高能率加工が可能になった。 Prismball3000 Prismradius3000
上、アルミ加工用切削工具の設計をアルミ材の特性と最新の高速加工を含めた高能率加
械、最新切削方法とユーザーにおける切削環
用文献 日本アイ、ティ、エフ ITF の DLC コーティングより
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